鉅大LARGE | 點擊量：892次 | 2019年06月28日
中國燃料電池產業(yè)化介紹
2019年，我國第一次將氫能納入《政府工作報告》，提出“推進充電、加氫等設施建設”。地方政府和企業(yè)探索氫能產業(yè)發(fā)展，形成以北上廣為中心的京津冀、長三角、珠三角等主要氫能產業(yè)集群。
盡管我國氫源豐富、新能源汽車產業(yè)發(fā)展基礎良好，但在制氫、運氫、儲氫和加氫方面，氫燃料電池產業(yè)仍面臨基礎設施不足、技術瓶頸、政策法規(guī)不完善等問題。
中國氫能聯(lián)盟專家委員會主任、同濟大學校長助理余卓平日前在廣州舉辦的“2019全球新能源汽車領袖峰會——新能源汽車動力變革論壇”上表示，上游氫能供應鏈與下游氫能應用產業(yè)配套規(guī)劃不同步，缺乏明確規(guī)范的加氫站建設審批流程，加氫成為燃料電池汽車發(fā)展的最大瓶頸。另一方面，在制氫上，目前法規(guī)要求制氫廠需位于化工區(qū)，導致運輸成本限制了制氫加氫合建站的發(fā)展。
中科院院士、清華大學學術委員會副主任歐陽明高曾認為，氫能現(xiàn)在遇到的挑戰(zhàn)是氫的儲運，包括車載儲存和車下的儲運，需要找到一個經濟、高效、可行的儲運模式。
目前車載儲運主流技術是國外從燃料電池轎車發(fā)展中優(yōu)選出來的高壓氣氫，也就是70兆帕四型高壓儲氫瓶。但中國尚無這方面的成熟產品和相關標準法規(guī)。“從標準來看，我國只允許使用三型瓶，大部分燃料電池車用的是35兆帕儲氫瓶，續(xù)航里程大打折扣。”余卓平表示。
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運氫上，北京低碳清潔能源研究院新能源中心助理主任何廣利在論壇上介紹，國外的長罐車允許使用三型瓶、四型瓶運氫，壓力可達55兆帕，但國內只可用20兆帕的一型瓶。壓力越低，氫的運輸量越小，運輸往返次數(shù)就越多，運輸成本增加。
何廣利
氫能：可供熱、發(fā)電、用作交通燃料的“零碳排放”燃料
氫具有擴散速度快、易燃等特點，單位質量的氫完全燃燒時所放出的熱量高居各種燃料之首，為液化石油天然氣的2.5倍，汽油的3倍。氫能可供熱、發(fā)電，用作交通燃料。
相比于碳排放壓力大，電力不靈活，可再生能源存在棄風、棄光現(xiàn)象，氫是真正的“零碳排放”燃料，氫氣和氧氣反應最終只生成水。它是電、熱、氣之間轉換的媒介，用可再生能源電解水制氫還可實現(xiàn)能源消納與存儲。
中國氫能聯(lián)盟專家委員會主任、同濟大學校長助理余卓平介紹，中國是第一產氫大國，目前有2500萬噸氫氣，工業(yè)副產制氫、化石燃料制氫、棄風棄光棄水電解水制氫等多種制氫方式在我國都存在。其中，煤制氫的成本目前最低，未來棄風棄光電解水制氫達到一定規(guī)模后，可實現(xiàn)一公斤氫氣40元，這與目前油車用油價格相當。
去年10月發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產業(yè)發(fā)展研究報告》顯示，到2050年，氫能在中國終端能源體系中將至少達到10%。在交通領域里，保守估計到2050年，氫燃料電池汽車將覆蓋15%的乘用車和50%的商用車。
余卓平認為，煤炭帶動了蒸汽機的發(fā)展，石油帶動了內燃機的發(fā)展，氫能一定會帶動燃料電池產業(yè)的發(fā)展。
氫燃料電池是氫與氧發(fā)生化學反應而非燃燒，將化學能轉換成電能的裝置，最終產物只有水。中科院大連化學物理研究所研究員、中國工程院院士衣寶廉曾提到，氫燃料電池車和普通燃油車的結構非常相似，只是把燃油車的油箱換為儲氫罐，把燃油車的內燃機換為燃料電池的電動機。
可以把氫燃料電池車看作是自帶氫燃料發(fā)電機的電動車，但與電動車充電不同，氫燃料電池車的加氫過程與燃油車的加油過程相似，加一次氫一般需3-5分鐘。
余卓平
加氫基礎設施不足，缺乏明確規(guī)范的加氫站建設審批流程
從全球來看，日本氫燃料電池產業(yè)發(fā)展走在前列。1993年，日本啟動了以氫能為核心的世界能源網項目，是最早系統(tǒng)指定氫能發(fā)展規(guī)劃的國家。21世紀初，日本政府將氫能與燃料電池產業(yè)作為國家戰(zhàn)略重點規(guī)劃，在應用領域、基礎設施、技術研發(fā)、應用終端財政補貼、民眾教育、標準法規(guī)等領域布局。
歐美國家也跟上步伐，歐盟加氫站基礎設施建設目前進入高潮期，美國燃料電池分布式能源、燃料電池叉車等領域的商業(yè)化應用處于全球領先。
在中國，2014年，國務院辦公廳印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年)》，將氫能與燃料電池列入“20個重點創(chuàng)新方向之一”。2018年5月，國務院總理李克強參觀了位于日本北海道的豐田汽車工廠，并考察了氫燃料電池車Mirai。今年我國第一次將氫能納入《政府工作報告》，提出“推進充電、加氫等設施建設”。
盡管我國氫源豐富、新能源汽車產業(yè)發(fā)展基礎良好，但由于起步晚，在制氫、運氫、儲氫和加氫方面，氫燃料電池產業(yè)仍面臨基礎設施不足、技術瓶頸、政策法規(guī)不完善等問題。
“第一大難題就是基礎設施不完整，很少有加氫站，現(xiàn)在建站標準法規(guī)不健全，沒有批準部門，不知道哪一個部門管，因為我國對氫不是作為能源管理的。”余卓平表示，上游氫能供應鏈與下游氫能應用產業(yè)配套規(guī)劃不同步，缺乏明確規(guī)范的加氫站建設審批流程，加氫成為燃料電池汽車發(fā)展的最大瓶頸。另一方面，在制氫上，目前法規(guī)要求制氫廠需位于化工區(qū)，導致運輸成本限制了制氫加氫合建站的發(fā)展。
公開資料顯示，截至2018年底，全球加氫站數(shù)量達369座，其中日本96座，德國60座，美國42座。中國23座，占比為6%，同歐美和日本發(fā)達國家相比仍然存在差距。
截至目前，上海、佛山、武漢、如皋等地明確了加氫站建設的主管部門及審批流程，但國家對此卻仍無明文規(guī)定。北京低碳清潔能源研究院新能源中心助理主任何廣利表示，也正因此，加氫站建設審批特別難，為規(guī)范健康發(fā)展，這需要一個明確的對口單位。
除明確氫能歸口主管部門、讓加氫站建設審批有組織可找，由于氫能在政策法規(guī)上仍屬危化品，目前尚未作為我國能源體系的組成部分，余卓平呼吁，應將氫定位為能源，氫能與燃料電池的發(fā)展應氫能先行。
氫瓶制約氫氣儲運，需找到經濟、高效、可行的儲運模式
“燃料電池問題不大，技術將會成熟。氫源問題也不大，目前經濟可行的氫源可以來自1000億度的棄風棄光棄水，還有800萬噸的副產氫，氫源沒有問題。”中科院院士、清華大學學術委員會副主任歐陽明高曾表示，氫能現(xiàn)在遇到的挑戰(zhàn)是氫的儲運，包括車載儲存和車下的儲運，需要找到一個經濟、高效、可行的儲運模式。
從儲氫上看，車載儲氫技術是氫燃料電池車發(fā)展的關鍵，直接影響燃料電池車的續(xù)航里程和成本。“中國燃料電池汽車續(xù)航里程怎么只有三四百公里，而國外可以做到六七百公里？實際上這里面很大的制約就在于我國氫瓶使用的標準法規(guī)上。”余卓平表示。
燃料電池車載儲氫技術主要包括高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、固體儲氫和有機液體儲氫。其中，高壓氣態(tài)儲氫由于技術成熟、成本低，成為當前主要儲氫方式。車載儲氫瓶的種類包括純鋼制金屬（一型瓶）、鋼制內膽纖維纏繞（二型瓶）、鋁內膽纖維纏繞（三型瓶）和塑料內膽纖維纏繞（四型瓶）等，不同類型的儲氫瓶，工作壓力、儲氫密度、成本等均不同。
一型瓶、二型瓶過重、儲氫少，若用作車載供氫，燃料電池車跑不遠。目前車載儲運主流技術是國外從燃料電池轎車發(fā)展中優(yōu)選出來的高壓氣氫，也就是70兆帕四型高壓儲氫瓶。但中國尚無這方面的成熟產品和相關標準法規(guī)。“從標準來看，我國只允許使用三型瓶，大部分燃料電池車用的是35兆帕儲氫瓶，續(xù)航里程大打折扣。”余卓平表示。
從運氫上看，目前國內也無專門的氫氣長輸管道和配送管道標準，因此主要依靠氫氣長托管拖車運氫。何廣利介紹，國外的長罐車允許使用三型瓶、四型瓶運氫，壓力可達55兆帕，但國內只可用20兆帕的一型瓶。由于壓力越低，氫的運輸量越小，運輸往返次數(shù)就越多，運輸成本增加。
車下的儲運，除氣氫以外，還有固態(tài)和液態(tài)氫氣。不過，目前沒有找到主流的固態(tài)儲運技術。而液氫儲運技術是未來的發(fā)展方向，液態(tài)氫的密度是氣態(tài)氫的845倍，同樣體積的容器，能運輸液氫的重量比氣氫更多。
液氫技術早在上世紀70年代就已有研發(fā)，用于長征三號火箭第三級推進劑。不過，液氫的特種和民用仍有區(qū)別，國內目前尚缺乏液氫運輸標準；氫氣液化的費用昂貴、耗能較高、易沸騰汽化等問題也需要解決。
